Elektrik Ark Ocağı

Elektrik Ark Ocağı

18 Temmuz 2018 Kapalı Yazar: admin

Elektrik Ark Ocağı Nedir ?

Elektrik ark ocağı endüstride ve özellikle çelik üretiminde kullanılmasını sağlayan  faktörler olarak : elektrik enerjisi üretim ve temin olanaklarının artması, elektrod üretim ve kalitelerinin geliştirilmesi,  elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler,  refrakter malzemelerinin cins ve kalitelerindeki gelişmeler ile mekanik, hidrolik, elektronik konularındaki endüstriyel gelişmeleri göstermek mümkündür.


Elektrik ark ocağı % 100 çelik hurdasından veya katı ham malzemelerden  başlayarak (Asit veya Bazik astarlanmış halde) hızlı bir şekilde çelik  üretimine cevap veren üniteler olarak gelişmiştir.

Önceleri yüksek sıcaklık  teminindeki kolaylık ve çabukluk, işlem kolaylığı, çalışma  esnekliği, fırın atmosferinin temizliği  vs. gibi hususlar dolayısı ile elektrik ark fırınları alaşımlı, özel ve üstün kaliteli çelik üretiminde önem kazanmışlardır.

1960’lardan sonra bu özelliklerinin  yanı sıra ucuz elektrik enerjisi temini, koklasabilir kömür teminindeki zorluklar, entegre tesislerin optimum  kapasitelerinin büyük değerlere ulaşması  sonunda yatırım miktarlarının çok büyük olması,  elektrik ark fırınlı çelik üretim tesislerinin kontinü döküm yöntemi ve ticari haddehanelerle bütünleştirilerek “mini steel” adı verilen tesislere doğru  kolayca gelişmeleri v.s gibi  teknolojik ve ekonomik hususlar nedeniyle  kitle çelik üretiminde de yaygın  şekilde kullanılmaya başlamışlardır.



Elektrik Ark Ocağı Yapısı ve Çelik Üretimi

 

elektrik ark ocağı

elektrik ark ocağı

 

Çelik üretiminde kullanılan geleneksel elektrik ark ocağı alternatif akımlı direkt ark teşkil ettirilen 3 elektrodlu, genellikle dairesel kesitli gövde  ve kapak olmak üzere iki kısımdan oluşurlar. Kapakta uygun konstrüksiyon yardımıyla elektrodların gövde içerisine  doğru hareketi sağlanır. Elektrodlar ile haznedeki metal arasında normal volt. yüksek akım dolayısı ile meydana gelen yüksek güçler sayesinde yüksek sıcaklık elde edilir. Bu sıcaklık ark bölgesinde 32000C’ye kadar çıkabilir.

Elektrik ark ocaklarında, uygun elektrik donanımı ve elektrodlar sayesinde çok yüksek sıcaklık temininin seri  bir şekilde elde edilmesi % 100 katı şarj ile başlayarak çelik üretimini mümkün  hale getirmesi yöntemin diğer çelik üretim yöntemlerine göre en üstün özelliğini belirler. Elektrik ark ocakları konvansiyonel astarlama pratiğine göre asit  ve bazik olmak üzere ikiye ayrılabilir.

Asit Astarlı Elektrik Ark Ocağı

Asit  elektrik ark fırınlarında asit curufla çalışılarak  tam ve kısmi oksidasyon yöntemleri ile çelik üretimi yapılabilir. Bu tip  fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kükürt  gidermek mümkün olmadığından ham maddelerin seçilmiş olarak  kullanılması zorunluluğu vardır.



Bazik Astarlı Elektrik Ark Ocağı

Bazik  astarlanmış fırınlarda bileşim itibari ile bazik curuflarla çalışıldığından, özellikle elektrik ark fırınlarında oksitleyici ve redükleyici çift  curuf uygulaması ayrı ayrı rahatlıkla yapılabildiğinden P ve S giderilmesi mümkündür.

Buna göre çelik üretimi bazik astarlanış ocaklarda yapıldığı için refrakter çeşitleri ve kullanıldığı yerler şöyledir : Kapakta Krom –Magnezit veya silika  tuğla (son yıllarda yüksek Alüminalı tuğlada kullanılmaya başlamıştır.), tabanda ise yüksek kaliteli şamot tuğla ve mağnezit tuğla döşenir, üstüne ise dolomitle astarlama yapılır. Curuf seviyesinde ve onun üzerinde ise Krom-Magnezit  veya silika tuğla döşenir.

Tüketim Kalemleri

Elektrik ark ocağı ‘nda çelik  üretimi esnasında ham maddeden başka, elektrik enerjisi, refrakter, elektrod gibi üç ana tüketim kalemi vardır ki en  önemli değişken maliyet unsurları olarak belirirler.

Elektrik ark  fırını ‘nın  refrakter  malzeme sarfiyatı çalışma koşulları (şarj şekli, sıcaklık, yüksek sıcaklıkta kalma  süresi, sıcaklık değişimlerinin sıklığı, çelik ve cüruf bileşimi vb.) ile yakından ilgilidir. Genel  olarak ark  fırınlarında 5-15 kg/ton çelik refrakter tüketimi olabilmektedir.

Elektrik ark fırınlarında elektrot tüketimi  elektrot uçlarından yüzeylerin  oksidasyonu yoluyla  ve mekanik kırılmalar sebebiyle olmaktadır.  Elektrot tüketiminin  minimize edilmesi, elektrotların özelliklerinin yanı sıra çalışma koşulları ve fırın yapısı ile yakından ilgilidir. Değişik koşullarda 1 ton çelik üretimi için 3.5-90 kg’lık elektrot tüketimi olabilmektedir.


Elektrik ark ocağı ‘nda hammadde haricinde özellikle Enerji, elektrod ve Refrakter konularındaki  fiyat artışları ve 1979’dan sonra baş gösteren çelik  tüketimindeki azalmalar, maliyetleri minimize etme çalışmalarını  çok önemli boyutlara çıkarmıştır.

Bu çalışmalar elektrik ark ocağı teknolojisinde bazı yeni uygulamaların doğmasına da sebep olmuşlardır.

Elektrik Ark Ocağı Şarj Malzemeleri ve Yöntemleri

Alaşımsız ve  alaşımlı özel çeliklerin yapımında  kullanılan EAO direkt ark oluşturan 3 adet grafit elektrot bulunur. Ocağın  çalışması ise elektrotlara uygulanan normal volt, yüksek akımın şarja iletilmesi ile olur. Ocağın tamiri, elektrotların  ayarı ve gerekli hazırlıklar yapıldıktan sonra ocağa şarj yapılır. Şarj  için gerekli hammaddelerin başında hurda gelir. Eğer üretilecek çelik alaşımlı çelik ise hurda bileşiminin üretilecek  çelik cinsine benzemesine dikkat edilir.

Diğer  hammaddeler ise ; cüruflaştırıcı olarak kireç,  kireçtaşı ve fluşpat, tamir malzemesi olarak dolamit  ve magnezit, alaşımlama ve deoksidasyon için ise : Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr vb. ve Al. İlave malzemeler ; Karbon vermek için kok kömür tozu, ergitmeyi hızlandırmak için sıvı oksijen, ayrıca karbon tasfiyesi için  demir cevheri (hematit) kullanılır.

Ocağa  gerekli  ilaveler  genellikle cüruf kapısından yapılır. Kullanılan  hammaddeler, hurda  şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda  ilave  edilirler. Ocağa hurda şarjı ocak kapağı açılarak üstten yapılır ve kapak kapatılarak elektrotlar şarj  üzerine indirilir ve akım  tatbik edilerek  ark oluşturulur. Elde edilen ark, elektrotlardan şarja elektrik  akımının iletilmesini sağlar. Ark ; metal ile elektrot arasında meydana gelir. Elektrotlar ile  haznedeki şarj  arasında tatbik edilen normal volt, yüksek akım nedeniyle meydana gelen yüksek sıcaklık şarjı ergitir.

Çift Curuf Yöntemi

Çift curuf yönteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır. Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek için  şarja  oksijen üflenir. Bu kademede yüksek güçlü çalışılır. Ergitmenin tamamlanmasıyla güç düşürülür. Arıtma kademesinde ise iki ayrı peryod vardır. Bunlar  oksidasyon ve redüksiyon peryodlarıdır. Oksidasyon peryodunda çelik  banyosu içinde  istenmeyen  bazı elementler oksit halinde curufa geçirilerek  banyo arıtılır.

Bu arada silisyum, mangan,  fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azılır. Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf çekilerek fosfor tasfiyesi yapılır. Redüksiyon  peryodunda ise metal banyo sıcaklığı artırılır ve kükürt tasfiyesi yapılarak, gerekli ilavelerle çelik istenen bileşime getirilir. Ocakta çalışma şartlarına göre baziklik oranı çok iyi ayarlanmalıdır. En iyi kükürt tasfiyesi için ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi için bu oran 2,5 olmalıdır.

Bu nedenle bu peryotta bol miktarda curuflaştırıcı olarak  kireç kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır, hem de  daha iyi kükürt tasfiyesi sağlanır. Böylece curufta kükürtlü bileşikler halinde toplanan kükürt, peryot sonunda curuf  çekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır. Bu kademede sık sık  sıcaklık  ölçümü yapılır ve ocaktan numune alınarak bileşim kontrol altında tutulur. Eksik olan element  ilave edilir, fazla olan elementlerin ise tasfiyesine çalışır.

Buraya  kadar sırasıyla fosfor, kükürt, mangan, silisyum ve karbon ayarlanır.  İstenen  sınırlara gelinmiş ise son olarak sıvı çelik  banyosundaki oksitleri almak ve  oksijen  seviyesini minumuma indirmek için banyoya,   oksijene  ilgisi demirden daha yüksek olan bazı deoksidantlar  ilave edilerek deoksidasyon  yapılır. Son olarak sıcaklık ve bileşim kontrolü yapıldıktan  sonra güç düşürülür ve gerekirse bazı ilaveler yapıldıktan sonra, yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa döküm alınır.

Döküm alma sıcaklığı çelik kalitesine ve karbon miktarına bağlıdır. Genel kaide olarak çeliğin  ergime sıcaklığının  100 0C üzerinde  bir sıcaklıkta döküm alınır.  Elektrotlar grafit-karbon vb.  malzemelerden yapılır. En çok grafit elektrot  kullanılır. Elektrot tüketiminin aza indirilmesi için ark fırınlarında  uygun bir elektrot kontrolü  yapılmalıdır.

Hammaddeler

Elektrik Ark Ocağı ‘nda kullanılan hammaddeler hurda veya sünger demirdir. Yardımcı maddeler ise alaşım ve deoksidasyon elementleridir.

Kullanım açısından ikiye ayrılan hurda çeşitlerinden dönen hurda kimyasal analizi çok iyi bilinen  çelikhane, dökümhane, haddehane gibi birimlerden gelen yüksek kaliteli hurdalardır. Piyasa hurdası ise çok az kükürt ve fosfor  içeriği olan ve özellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır. Hurdalarda merak  edilmesi gereken yabancı maddeler demirden daha düşük oksijen  afinitesine sahip olan maddeler olarak tanırlar, bunlardan özellikle  dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır.

Diğer önemli hammadde sünger demir ya da direk redüklenmiş demirdir. Genellikle hurda ile belirli oranlarda şarj edilir. E.A.F.’lerde kullanılan yardımcı maddeler alaşım  ve deoksidasyon  elementleri kireç ve flux başlıkları altında toplanırlar.

Alaşım elementleri ilavesinin amacı, alaşımlı çeliklere talebinin artmasıyla birlikte istenen mekanik özelliklerin (sertleştirilebilme, tokluk, çekme dayanımının geliştirilmesi,  korozyon direnci, magnetik özelliklerin kazandırılması) karşılanabilmesi içindir.

Deoksidasyon elementleri ise çelikteki oksijen miktarının azaltılması ile ilgili olarak ilave edilirler.

Kaynak : Prof.Dr. Adem Bakkaloğlu – YTÜ

Elektrik ark fırını ile ilgili faydalı ve açıklayıcı bir video için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

https://www.youtube.com/watch?v=7oSbZgjXlFo

Please follow and like us:
error